小到智能手機、個人電腦,，大到汽車輪船,、飛機火箭，信息時代的快速發(fā)展對各種科技設備的芯片算力要求越來越高,。而我國在算力的載體——芯片領域,，卻一直受制于國外。數(shù)據(jù)顯示,，2017年中國芯片進口額超過2600億美元,，已取代原油（原油進口額1500億美元）成為中國第一大進口商品。
芯片成為我國高新科技產業(yè)的痛點,，甚至成為我國在國際市場上的“軟肋”,，這一點從2018年年初的中興事件就可以看出，提升芯片自給自足程度已經迫在眉睫,。近日,，比亞迪宣布成功研制出IGBT 4．0芯片，這件事意義有多大呢,？今天一大早,，一位來自上汽大眾的電驅工程師朋友就發(fā)來微信：“意義非常重大?！?/p>
什么是IGBT芯片,？
IGBT全稱為絕緣柵雙極型晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor）。說人話,，IGBT芯片就像是CPU,，是逆變器的核心部件，掌管著整個設備的能源變換與傳輸,。不過相比電腦,、手機的CPU,，它能承載的功率更大，因此主要用于汽車,、艦船,、飛機等大型設備。
IGBT芯片的生產制造與CPU類似,，是一個“點砂成金”的過程,。首先將沙子加熱至熔融狀態(tài)，然后導入至熔爐中制造出直徑200－300mm的高純度單晶硅錠,，接下來將硅錠切割成極薄的片狀晶圓,，再使用光刻機在晶圓一層一層地加工出電路，最后將晶圓切割成指甲蓋大小的小塊,，并封裝在殼體內,。具體的過程，大家可以觀看下方來自英特爾的科普視頻,。
從砂子到晶圓再到芯片,，硅的價值直線飆升。眾所周知,，動力電池是電動汽車成本最高的部件,，而緊隨其后的部件就是這顆小小的IGBT芯片，它約占整車成本的5％,、電機驅動系統(tǒng)成本的一半,。
一直以來，我國IGBT芯片嚴重依賴進口,，國內約90％的市場份額掌握在英飛凌,、三菱等海外巨頭手中。近幾年,，中國集成電路產業(yè)在國家政策推動及市場牽引下得到迅速發(fā)展,，國產化進程加快?，F(xiàn)在,，比亞迪IGBT 4．0芯片無疑打破了國外技術封鎖。
其實早在2005年,，比亞迪就組建IGBT研發(fā)團隊,，正式進軍IGBT領域。2009年,，比亞迪IGBT芯片成功通過中國電器工業(yè)協(xié)會電力電子分會組織的科技成果鑒定,，標志著中國在IGBT芯片技術上實現(xiàn)零的突破，打破了國際巨頭的技術壟斷,。經過十余年耕耘,，比亞迪成功研發(fā)出全新的車規(guī)級IGBT 4．0芯片,，成為車規(guī)級IGBT的標桿。目前,，比亞迪已累計申請IGBT相關專利175件,，其中授權專利114件。
生產IGBT芯片有多難,？
答案是非常難,。比亞迪的IGBT 4．0芯片晶圓切割厚度僅有120um，這是什么概念呢,？大概是兩根頭發(fā)的寬度,。切割出晶圓薄片后，還要在指甲蓋大小的面積上,，蝕刻十幾萬乃至幾十萬個晶體管,，然后還要對晶圓進行10余道工序加工。對我們這種普通人來說了,，光是想想就腦仁疼了,。
令人頭疼的還不止這些，晶圓制造的廠房對潔凈度的要求也非常高,，每立方英尺內直徑超過0．5微米的微塵不能超過1個,。因為一旦有一個微塵掉落在晶圓上，就會造成一顆IGBT芯片失效,，是不是又開始心疼了,？
此外，汽車作為大眾級消費品,，對IGBT芯片的壽命也提出較高的要求,，一般來說設計壽命要在20年以上，需要滿足使用壽命內數(shù)十萬次甚至百萬次的功率循環(huán)要求,。同時,，其制造成本和價格也要控制在消費者可以接受的范圍內。
這還沒完,，汽車面臨高溫,、高濕、高振動,、頻繁啟停,、爬山涉水等惡劣工況，這些都是IGBT芯片要面臨的考驗,。在這些因素的綜合影響下,，車規(guī)級IGBT芯片相較于工業(yè)級，無論是技術難度,、應用場景,，還是可靠性方面,，對器件本身的要求都更為嚴苛。
但是比亞迪做到了,，而且做得更好,。比亞迪IGBT 4．0產品的綜合損耗相比當前市場主流產品降低了約20％，使整車電耗得以降低,。以全新一代唐EV為例,，在其他條件不變的情況下，采用比亞迪IGBT 4．0芯片較采用當前市場主流產品,，百公里電耗減少約3％,。
可靠性方面，比亞迪IGBT 4．0產品模塊的溫度循環(huán)壽命可以做到當前市場主流產品的10倍以上,。其電流輸出能力也比主流產品提升15％,，支持整車具有更強的加速能力，所以全新一代唐DM 4．5秒的破百成績,，并不是只靠提升電機功率就可以做到的,。
猶如高通之于手機，英特爾之于電腦,，憑借自主研發(fā)的IGBT 4．0芯片,，向新而行的比亞迪欲成為全球最大的車規(guī)級功率半導體供應商和全球領導者。
IGBT 4．0的發(fā)布雖然沒有全新一代唐DM上市那么引人注目,，但在筆者看來,，其對中國新能源汽車行業(yè)的發(fā)展有著深遠的影響。艾格的設計,、漢斯的調校,，讓我們喜歡上比亞迪的新能源汽車，而掌握核心科技的比亞迪更加讓人熱淚盈眶,。